امواج گرانشی حاصل از برخورد دو ستاره نوترونی برای اولین بار ثبت شدند

برای اولین بار، دانشمندان سراسر جهان تصویری را از برخورد میان دو ستاره نوترونی در 130 میلیون سال نوری آنسوتر به ثبت رساندند. به این برخورد نام GW170817 نسبت داده شده است.

همه‌ی این‌ها به لطف نجوم امواج گرانشی است که این واقعه را شناسایی کرده و محل مناسب رصد را نمایان کرد. پس به لیست اولین‌های خود، ثبت و مشاهده اپتیکی همزمان امواج گرانشی برای اولین بار را نیز اضافه کنید.

این موضوع بسیار شگفت انگیز است. چرا؟ تا قبل از این ما هرگز نتوانسته‌ایم دقیقا مشخص کنیم امواج گرانشی از چه ناحیه‌ای منتشر می‌شوند، همچنین برای اولین بار است که می‌توانیم یک اتفاق که سبب تشکیل موج گرانشی می‌شود را رصد کنیم. زمانی اوج شگفتی این موضوع را درک خواهید کرد که بدانید این تنها پنجمین موج گرانشی ثبت شده است.

چهار موج گرانشی قبلی که ثبت شده بودند مربوط به برخورد میان دو سیاه چاله بودند که با هم ادغام می‌شدند و یک سیاه چاله عظیم را تشکیل می‌دادند. دو دلیل اصلی وجود داشت که ما نمی‌توانستیم آن ها را ببینیم.

اولین دلیل این بود که تا اوایل سال جاری ما تنها دو آشکارساز امواج گرانشی داشتیم. رصدخانه‌های امواج گرانشی LIGO در لیوئیزیانا و واشینگتن. این بدان معنا بود که تنها منطقه‌ای محدود از آسمان را مورد بررسی قرار می‌دادیم.

سومین آشکارساز، آشکارساز VIRGO در ایتالیا است که با دقت بالایی موقعیت مکانی آن تعیین شده است. همین چند هفته گذشته ویرگو اعلام کرد که موفق شده چهارمین موج گرانشی را ثبت کند.

دومین موج گرانشی ثبت شده مربوطی به سیاه چاله‌ها بودند. آنها به دلیل ماهیت خود که همه‌ی نور موجود در اطراف خود را جذب می‌کنند، نامرئی هستند. پی بردن به وجود آنها تنها از طریق مشاهده‌ی تغییراتی است که در فضای پیرامون خود بوجود می‌آورند. اما در نقطه مقابل ستاره های نوترونی، کاملا قابل رویت هستند. بنابراین برخورد میان آنها رویدادی کاملا قابل پیش بینی است.

برای تشکیل این مجموعه جدید از رصد ها، حدود 70 پایگاه فضایی زمینی و فضایی به VIRGO و LIGO ملحق شدند تا منطقه‌ای کوچک از آسمان را در صورت فلکی مار باریک یا Hydra (درست در کنار کهکشان NGC 4993) مورد بررسی قرار دهند.

اولین آشکارساز در ساعت 8 و 41 دقیقه صبح 17 آگوست شروع به فعالیت کرد. حدود 1.7 ثانیه بعد، دو پایگاه رصدی فضایی یعنی تلسکوپ فضایی اشعه گاما Fermi متعلق به ناسا و آزمایشگاه بین المللی اخترفیزیک اشعه گاما متعلق به سازمان فضایی اروپا (ESA)، یک انفجار شدید اشعه گاما را در منطقه مشخصی از آسمان را ثبت کردند. انفجارهای اشعه گاما درخشان‌ترین و پر انرژی‌ترین رویدادهای تمام کائنات هستند.

این امواج ثبت شده به داده‌های صوتی تبدیل می‌شوند. به عنوان مثال در مورد امواج گرانشی حاصل از برخورد سیاه چاله‌ها، در حدود کسری از ثانیه داده صوتی ثبت می‌شود. جالب توجه آنکه در انفجار GW170817 داده صوتی حاصل حدود 100 ثانیه ادامه یافت. این اتفاق تصادفی نبود. ستاره شناسان سراسر جهان به کمک تلسکوپ‌های خود مواردی مشابه همین را در رصدهای خود از صورت فلکی هیدرا به ثبت رساندند.

David Shoemaker , سخنگوی LIGO می گوید: “طولانی بودن داده صوتی حاصل بلافاصله این موضوع را برای ما روشن کرد که منبع این امواج احتمالا باید یک ستاره نوترونی باشد. این همان چیزی بود که ما امیدوار بودیم به آن دست پیدا کنیم.”

تبدیل شدن به ستاره نوترونی از جمله سرنوشت‌هایی است که ممکن است در انتظار تمامی ستارگان بسیار بزرگ پس از فرارسیدن پایان چرخه زندگی شان باشد.

هنگامی که یک ستاره پر جرم به شکل ابرنواختر منفجر می‌شود، در صورت متلاشی نشدن هسته آن، الکترون‌ها و پروتون‌های هسته، برای تشکیل نوترون‌ها و نوترینوس‌ها به یکدیگر فشرده می‌شوند. نوترینوس‌ها در محل را ترک می‌کنند، اما نوترون‌های باقی مانده تا حد شگفت آور 10 تا 20 کیلومتر در هسته فشرده می‌شوند. اگر جرم هسته بین 1.4 تا 3 برابر جرم خورشید باشد، این فرآیند چگالش در نهایت منجر به تشکیل ستاره نوترونی و اگر هسته پرجرم‌تر از این میزان باشد، سیاه چاله‌ها تشکیل می‌شوند.

ستاره های نوترونی که در برخورد GW170817 با یکدیگر برخورد کردند به ترتیب 1.1 و 1.6 برابر جرم خورشید بودند. آنها در فاصله حدود 300 کیلومتری به دور یکدیگر می‌چرخیدند و هرچه بیشتر سرعت می‌گرفتند به فضا-زمان اطراف خود بیشتر انحنا می‌دادند و امواج گرانشی بیشتری در سطح کائنات منتشر می‌کردند.

در فاصله‌ای این که ما آنها را می‌دیدیم، برخورد نهایی بسیار درخشان بود.حجم زیادی از اشعه‌های گاما از گلوله‌ای که بشدت در حال سوختن بود منتشر می‌شد.

جولیان مک انری، پژوهشگر پروژه فرمی در مرکز فضایی پرواز گودارد ناسا، می‌گوید: “برای دهه‌ها ما تردید داشتیم که آیا انفجارهای کوچک اشعه گاما از برخوردهای میان ستاره‌های نوترونی قدرت می‌گیرند یا خیر؟

اما اکنون بواسطه داده‌های شگفت آوری که آشکارساز های ویرگو و لایگو از این انفجار به دست آوردند، ما به پاسخ خود رسیدیم. امواج گرانشی منتشر شده به ما می‌گویند که اجرام در حال ادغام، توده‌های ثابتی هستند که با ستاره های نوترونی هم‌خوانی دارند. همچنین تابش‌های ناشی از اشعه‌های گاما، احتمال سیاه چاله بودن این اجرام را منتفی می‌کنند؛ به این دلیل که در نتیجه برخورد میان سیاه چاله‌ها هیچ گونه نوری اعم از مرئی و نامرئی منتشر نمی‌شود.

و بار دیگر این مطالعات بزرگی کار دانشمند شهیر، آلبرت اینشتین را به رخ همگان می‌کشند.

اندرو ملاتوس از دانشگاه ملبورن، می‌گوید: “این مطالعات نشان می‌دهند که سرعت امواج گرانشی درست همانگونه است که اینشتین در سال ۱۹۱۵ پیش بینی کرده بود.”

دانشمندان در هفته‌ها و ماه‌های آینده، رصدهای خود را برای یافتن برخوردهای بیشتر ادامه می‌دهند تا اطلاعات بیشتری در مورد کیلونوا پیدا کنند. جالب است بدانید بقایای بجا مانده از برخورد میان ستاره های نوترونی همچنان در فضا به درخشش خود ادامه می‌دهند.

رصدخانه ها و موسسات مختلف در سراسر جهان در مورد این دست برخوردها مقالات بسیاری منتشر خواهند کرد. جنبه‌های بسیاری از این موضوع پتانسیل پژوهش دارند.

شومکر می‌گوید: ” فهم جزئیات مدل‌های فعالیت‌های درونی ستاره نوترونی و موادی که از آن منتشر می‌شود به فهم بیشتر نسبت به نظریات بنیادی مثل نسبت عام کمک می‌کنند.”

.

منبع : ScienceAlert